Quantum-Dot Photovoltaics的新效率记录

时间：2021-06-09 12:52:10 来源：

研究人员在麻省理工学院校园中显示了记录设置新太阳能电池的样本。照片由Chia-Hao Chuang提供

通过工程通过使用不同的配体处理，MIT的研究人员通过使用不同的配体处理来对准量子点处理，在量子点光伏中为效率进行了新的记录。

太阳能电池技术迅速推进，随着全球数百个群体，使用不同的材料，技术和方法来提高效率和降低成本的近二次接近。现在，MIT的团队为最有效的量子点细胞设定了一个新的记录 - 一种太阳能电池，视为特别有希望的太阳能电池，因为其固有的低成本，多功能性和重量轻。

虽然这种细胞的整体效率与其他类型相比仍然很低 - 阳光的大约9％的阳光能量转换为电力 - 这项技术的改善率是太阳能技术最迅速的速度之一。该纸质中文描述了在自然材料期刊，由麻省理工学院教授和VladimirBulović和研究生Chia-Hao Chuang和Patrick Brown中发表的纸质。

新进程是Bawendi，莱斯特沃尔夫化学教授Bawendi的延伸，生产了具有精确可控特性的量子点 - 以及可应用于其他材料的均匀薄涂层。这些小型颗粒在将光线变为电力时非常有效，反之亦然。自从使用量子点来制造太阳能电池的首次进展以来，Bawendi说，“社区，在过去几年中，开始了解这些细胞如何运作，以及限制是什么”。

新工作代表了克服这些限制的重大飞跃，增加了细胞中的电流，从而提高了将阳光转化为电力的整体效率。

创造低成本，大面积柔性和轻量级太阳能电池的许多方法遭受严重限制 - 例如在暴露于空气时的短时间操作寿命，或在生产过程中需要高温和真空室。相比之下，新方法不需要惰性气氛或高温以生长有源器件层，并且所得细胞在空气中储存超过五个月的储存后没有降解。

Bulović，MIT工程学院创新的Fariborz Maseeh教授，解释说量子点的薄涂层“让他们尽其当做的事情 - 吸收光线非常好 - 但也可以作为一个团体工作，运输费。“这允许在薄膜的边缘处收集的电荷，在那里可以利用它们以提供电流。

新工作汇集了几个领域的开发，将技术推向了对Quantum-Dot系统的前所未有的效率：本文的四位共同作者来自麻省理工学院的物理学，化学，材料科学与工程和电气工程和计算机科学。该团队产生的太阳能电池现已增加到全国可再生能源实验室的纪录高效率列表，适用于各种太阳能电池技术。

细胞的整体效率仍然低于大多数其他类型的太阳能电池。但是Bulović指出，“硅有六十年来获得今天的地方，甚至硅都没有达到理论极限。你不能希望拥有一项完全新的技术在短短四年的发展中击败了现任。“新技术具有重要的优势，特别是一种制造过程，远低于其他类型的能源密集型。

Chuang增加了“电池的每一部分，除了电极现在，可以在室温下，在空气中沉积出溶液。这真的前所未有。“

该系统是如此新的，它还具有作为基础研究的工具的潜力。“了解为什么如此稳定，有很多东西要了解。还有很多要做的是，用它作为物理学的测试平台，看看为什么结果有时比我们预期更好，“Bulović说。

一个伴侣论文，由同一团队的三名成员以及麻省理工学院的杰弗里格罗斯曼（Carl Richard Soderberg）电力工程副教授和其他三位，在ACS Nano杂志中出现了一个伴侣，并在杂志上更详细地解释了战略背后的科学采用这种效率突破。

新的工作代表了Bawendi的转变，他花了很多职业生涯与量子点一起使用。“四年前我有点怀疑，”他说。但他的研究以来，他的团队的研究明显显示了太阳能电池中的量子点的潜力。

Colorado大学化学研究教授亚瑟Nozik表示，没有参与这项研究，“此结果代表了量子点薄膜和低温技术的应用的重要进步，量子点光伏电池。… 在量子点太阳能电池在商业上可行之前还有很长的路要走，但这种最新发展是迈向这一最终目标的一个很好的一步。“

这项工作得到了三星高级理工学院，法尼和约翰赫茨基金会和国家科学基金会的支持。

刊物：

Chia-Hao M. Chuang，ETA L.，“通过带对准工程”的Quantum Dot太阳能电池的性能和稳定性，“自然材料，2014; DOI：10.1038 / NMAT3984Patrick R.Brown等，“通过配体交换中的硫化铅量子点薄膜的能量水平改性”，ACS Nano，2014; DOI：10.1021 / NN500897C

图像：Chia-Hao Chuang

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